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  <title> TCP协议 | Niki </title>
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  <article class="post post-type-normal " itemscope itemtype="http://schema.org/Article">
    <link itemprop="mainEntityOfPage" href="https://gitee.com/shuhao/blog/2018/05/24/TCP协议/">

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          <h1 class="post-title" itemprop="name headline">
            
            
              
                TCP协议
              
            
          </h1>
        

        <div class="post-meta">
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              </span>
              
                <span class="post-meta-item-text">发表于</span>
              
              <time title="创建于" itemprop="dateCreated datePublished" datetime="2018-05-24T19:06:05+08:00">
                2018-05-24
              </time>
            

            

            
          </span>

          
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                <span class="post-meta-item-text">分类于</span>
              
              
                <span itemprop="about" itemscope itemtype="http://schema.org/Thing">
                  <a href="/blog/categories/TCP/" itemprop="url" rel="index">
                    <span itemprop="name">TCP</span>
                  </a>
                </span>

                
                
              
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        <h1 id="TCP协议"><a href="#TCP协议" class="headerlink" title="TCP协议"></a>TCP协议</h1><h2 id="简介"><a href="#简介" class="headerlink" title="简介"></a>简介</h2><p>TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。对应于七层网络模型的第四层：传输层。<br>TCP把数据流分割成适当大小的报文段，通过IP层将数据传输到接收端的TCP层。并且确保了接收端实体的包按顺序接收，然后通过相应的确认机制确保数据包的不丢失。</p>
<h1 id="TCP数据包组成"><a href="#TCP数据包组成" class="headerlink" title="TCP数据包组成"></a>TCP数据包组成</h1><p>TCP数据包大小时固定的，最初1518字节，后增加到1522字节。、</p>
<ol>
<li>22字节为数据包头信息（）</li>
<li>1500字节为真实的数据<br>所以一个TCP数据包最多可以写到1500个字节的数据。</li>
</ol>
<h2 id="TCP报文头"><a href="#TCP报文头" class="headerlink" title="TCP报文头"></a>TCP报文头</h2><p>传输层从应用层拿到数据后主要就是添加TCP报文头，使其成为一个TCP报文。那么TCP报文头主要是什么，有什么作用呢？</p>
<p>TCP报文头首部分为固定部分和选项部分。固定部分长20byte，选项部分长度可变（4byte倍数，不足用填充位填充）<br><img src="/blog/images/HTTP/http_header.jpg"><br>从图中可以看出TCP报文主要有以下内容</p>
<ul>
<li>SourcePort 源端口 16bit</li>
<li>DestinationPort 目的端口号 16bit</li>
<li>SequenceNumber 序号：发送数据包中第一个字节的序列号 32bit</li>
<li>AcknowledgmentNumber 确认序列号 32bit</li>
<li>DataOffset是数据偏移 4bit，</li>
<li>标志位 6bit：</li>
</ul>
<ol>
<li>URG表示UrgentPointer字段有意义</li>
<li>ACK表示Acknowledgment Number字段有意义</li>
<li>PSH表示Push功能， RST表示复位TCP连接</li>
<li>SYN表示SYN报文(建立TCP连接时使用)</li>
<li>FIN表示没有数据需要发送（关闭TCP连接时使用）</li>
</ol>
<ul>
<li>Window表示接收缓冲区的空闲空间，16bit，用来告诉TCP连接对端自己能够接收的最大数据长度。</li>
<li>Checksum是校验和，16bit</li>
<li>Urgent Pointers是紧急指针，16bit；只有URG标志位被设置时该字段才有意义，表示紧急数据相对序列号（Sequence Number字段的值）的偏移。</li>
</ul>
<h2 id="TCP数据"><a href="#TCP数据" class="headerlink" title="TCP数据"></a>TCP数据</h2><p>这个就是从应用层传下来的数据，TCP会对该数据进行加工：加上TCP头，然后往下传给IP层，有IP层传递给接收端的TCP层进行解析后传给对方的应用层。</p>
<h1 id="数据可靠性"><a href="#数据可靠性" class="headerlink" title="数据可靠性"></a>数据可靠性</h1><p>之前提到一个TCP数据包最多只能负载1500字节的数据，那么如果超过了1500个字节的数据必定要采用分包的方式进行传输。那么，在复杂的网络环境中，我们怎么确定对方收到的TCP数据包的顺序是否和我们之前分包的顺序一致，并且确保对方收到所有的TCP数据包呢？</p>
<h2 id="握手建立"><a href="#握手建立" class="headerlink" title="握手建立"></a>握手建立</h2><p>为了数据的可靠性，TCP数据在传输之前需要先建立握手连接。只有成功的建立了握手连接之后才开始数据传输。<br>TCP建立握手的过程大致如下：<br><img src="/blog/images/HTTP/http_three_hands.png"></p>
<ol>
<li>客户端发送SYN（SEQ=i）到服务端 进入<strong>SYN_SEND</strong>状态</li>
<li>服务端收到SYN报文后，回应一个SYN（SEQ=j， ACK=i+1）报文，进入<strong>SYN_RECV</strong>状态</li>
<li>客户端收到服务端的SYN报文，回应一个ACK（ACK=j+1）报文，进入<strong>Established</strong>状态<br>那么为什么必须要进行三次握手呢？<br>三次握手应该说是用最小的握手次数确定了发送方和接收方的可用性。</li>
</ol>
<ul>
<li>第一次客户端向服务端发送，确定了客户端发送能力</li>
<li>服务端接收了客户端的数据后，发送确认包，确定了服务方的发送能力， 并且客户端确认了服务端的接收能力</li>
<li>客户端再次发送确认包，则服务器确认了客户端的接收能力是完备的。此后就可以开始进行数据通信了。</li>
</ul>
<h2 id="数据包编号"><a href="#数据包编号" class="headerlink" title="数据包编号"></a>数据包编号</h2><p>如之前所说，当TCP需要传输的数据量大时，必须分成多个包。例如一个10MB的文件，需要发送大概7000个包。发送时，会对每个包进行编号。（SequenceNumber,简称SEQ）以便接收方按照顺序还原，并且万一发生丢包后可以知道丢失的是哪一个包。</p>
<h2 id="数据包确认ACK"><a href="#数据包确认ACK" class="headerlink" title="数据包确认ACK"></a>数据包确认ACK</h2><p>TCP发出一个报文段后，等待接收方发送确认报文段确认收到该报文。如果在一定时间段没有收到接收方的确认报文，发送方会重新发送该报文段。确认功能有两种方式</p>
<ol>
<li>立即确认。当接收到TCP报文段后立即发送确认报文</li>
<li>延迟确认。当打开延迟确认功能后，由定时器出发确认时间点。发送确认报文</li>
</ol>
<h2 id="数据包校验"><a href="#数据包校验" class="headerlink" title="数据包校验"></a>数据包校验</h2><p>TCP会在数据接收后进行校验。TCP将保持它的首部和数据的校验和。目的是校验数据在传输过程中是否发生变化。如果收到的报文段的校验和由误差，则TCP将丢弃该报文段，并且不确认接收到该报文段从而触发发送方确认超时，并且重发</p>
<h2 id="数据包重排序"><a href="#数据包重排序" class="headerlink" title="数据包重排序"></a>数据包重排序</h2><p>由于网络环境以及链路选择的原因，TCP的报文段并不是顺序到达接收方的。所以接收方在接收到TCP的报文段后需要将这些报文进行重排序，然后将正确顺序的数据交给应用层处理。</p>
<h2 id="慢启动"><a href="#慢启动" class="headerlink" title="慢启动"></a>慢启动</h2><p>当我们发送数据包时，肯定希望发送的越快越好。但是，发的越快，丢包的概率可能越大。（原因如：路由过热，带宽，缓存溢出等）如果是这样，则发的越快丢的越快。但是当我们确认的环境的可靠性后当然发送的越快，对数据传输的体验肯定越好。如何在这两者做到一个平衡呢？TCP 协议为了做到效率与可靠性的统一，设计了一个慢启动（slow start）机制</p>
<ul>
<li>开始的时候，发送得较慢，然后根据丢包的情况，调整速率：如果不丢包，就加快发送速度；如果丢包，就降低发送速度。</li>
<li>Linux 内核里面设定了（常量TCP_INIT_CWND），刚开始通信的时候，发送方一次性发送10个数据包，即”发送窗口”的大小为10。然后停下来，等待接收方的确认，再继续发送。<br>默认情况下，接收方每收到两个 TCP 数据包，就要发送一个确认消息。”确认”的英语是 acknowledgement，所以这个确认消息就简称 ACK。</li>
</ul>
<h2 id="ACK机制"><a href="#ACK机制" class="headerlink" title="ACK机制"></a>ACK机制</h2><p>TCP在收到一个报文段后需要向发送方发送确认报文，确认报文到底是什么？<br>确认报文包括两个信息</p>
<ol>
<li>期待要收到下一个数据包的编号</li>
<li>接收方的接收窗口的剩余容量<br>发送方有了这两个信息，再加上自己已经发出的数据包的最新编号，就会推测出接收方大概的接收速度，从而降低或增加发送速率。这被称为”发送窗口”，这个窗口的大小是可变的。</li>
</ol>
<p><strong>TCP根据慢启动和确认机制，就能在发送的效率以及可靠性两者之间找到一个平衡点。做到两者兼顾。</strong></p>
<h2 id="数据包遗失处理"><a href="#数据包遗失处理" class="headerlink" title="数据包遗失处理"></a>数据包遗失处理</h2><p>现实网络环境确实很复杂，在数据传输过程中难免有丢包的情况发生，那么TCP要做到数据可靠性，其是怎么处理数据丢包的呢？<br>上面我们有讲到。当接收方收到一个TCP报文后会发送一个确认报文。确认报文中包括接收方期望收到的下一个报文段的编号。<br>例如；</p>
<ol>
<li>接收方收到了1号报文，那么其确认报文里将会期待接收2号报文。</li>
<li>而如果此时接收方没有收到2号报文，而是收到了3号报文，或者4号报文，则其发送的确认报文中的期待接收到的下一个报文会一直是2号报文。因此接收方会会发送大量重复的确认报文到接收方。</li>
<li>那么发送方就会再次发送2号报文。直到接收方不在期待收到2号报文<img src="/blog/images/HTTP/tcp_lost_package.png">
上图没有收到100号报文段，会连续发出相同的ACK，出发HostA重发100号报文段</li>
</ol>
<h1 id="TCP与UDP区别"><a href="#TCP与UDP区别" class="headerlink" title="TCP与UDP区别"></a>TCP与UDP区别</h1><ol>
<li>TCP面向连接；UDP是无连接的，在传输数据之前不需要建立连接</li>
<li>TCP保证数据传输的可靠性，UDP不确保数据传输的可靠新。因此TCP需要的资源比UDP多</li>
<li>UPD具有较好的实时性，效率较TCP高（不需要保证数据可靠性）。大多用于对实时性以及高速传输有要求的通信以及广播通信</li>
<li>TCP连接仅支持点对点通信，而UDP支持点对点以及一对多和多对多的通行（聊天室）</li>
</ol>
<blockquote>
<blockquote>
<p>参考</p>
</blockquote>
</blockquote>
<p><a href="https://blog.csdn.net/ningdaxing1994/article/details/73076795" target="_blank" rel="external">5分钟理解TCP</a><br><a href="https://baike.baidu.com/item/TCP/33012" target="_blank" rel="external">TCP协议</a></p>

      
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            <a href="/blog/tags/网络协议/" rel="tag"># 网络协议</a>
          
            <a href="/blog/tags/TCP/" rel="tag"># TCP</a>
          
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